Od wielu lat, zarówno w środowisku naukowym, w energetyce jak i innych branżach energochłonnych (przemysł chemiczny, huty, itp.) zauważa się wzmożone działania związane z ograniczaniem ditlenku węgla. Rozwój motoryzacji w kierunku samochodów elektrycznych, zwiększone zainteresowanie wodorem jako czystym paliwem, czy też zwiększony udział energetyki odnawialnej (np. panele fotowoltaiczne w gospodarstwach domowych) mają na celu ochronę klimatu poprzez redukcję gazów cieplarnianych.

W istniejących już obiektach przemysłowych (zakłady chemiczne, elektrownie i elektrociepłownie) jako metodę ograniczenia emisji CO2 proponuje się tzw. metody wychwytu po spaleniu (post-combustion). Jako najbardziej rozwiniętą i dojrzałą technologicznie metodę uważa się metodę absorpcji chemicznej z wykorzystaniem wodnych roztworów amin (tzw. absorpcja aminowa).

W metodzie absorpcji aminowej, wskutek kontaktu roztworu aminy z gazem oczyszczanym (w absorberze) następuje związanie ditlenku węgla z aminą. Roztwór nasycony kierowany jest do kolumny regeneracji, gdzie wskutek podwyższonej temperatury ulega zregenerowaniu. Zregenerowany roztwór z powrotem jest zawracany do absorbera i cykl się powtarza. Metodę absorpcji aminowej przedstawia schemat.

Największą wadą metody absorpcji aminowej jest wysoka ilość energii niezbędnej do regeneracji roztworu aminowego (około 4 MJ/kg usuniętego CO2). Aby udoskonalić ten proces, stosuje się m.in. różnego rodzaju aminy, a także ich mieszaniny. Ma to na celu obniżenie energii regeneracji roztworu, a także podniesienie skuteczności absorpcyjnej roztworu co pozwala na zastosowanie mniejszych gabarytowo absorberów. Poza nowy roztworami absorpcyjnymi, stosowane są również modyfikacje technologiczne układu.

Pracownicy zespołu ZTE posiadają wieloletnie doświadczenie w usuwaniu CO2 z wykorzystaniem absorpcji aminowej. Przeprowadzono wiele projektów badawczych (we współpracy z partnerami z różnych dziedzin przemysłu), a badania obejmowały zarówno małą skalę laboratoryjną, wielkolaboratoryjną a także pilotową. Niektóre z projektów skończyły się budową instalacji pilotowych na obiekcie przemysłowym. Wykonano także badania modelowe oraz skalowanie instalacji do skali demonstracyjnej. Zbadano także wpływ wielu modyfikacji technologicznych na skuteczność usuwania CO2 ze spalin energetycznych jak i gazów komponowanych (składem odpowiadającym innym gazom występującym w przemyśle). Badania te prowadzono w skali do 200 m3/h oczyszczanego gazu.

Pracownicy ZTE oferują m.in. badania właściwości fizykochemicznych aminowych roztworów absorpcyjnych oraz ich skuteczności w usuwaniu składników kwaśnych z gazów procesowych. Oferujemy również badanie nowych zaawansowanych roztworów absorpcyjnych i porównanie ich z roztworami referencyjnymi. Możliwe jest również zbadanie wychwytu CO2 z użyciem dostarczonych roztworów przez klienta. Instalacje wykorzystywane w IChPW do badań metod absorpcji aminowej to m.in: laboratoryjna instalacja do badań izoterm i szybkości reakcji amin z CO2, instalacja wielkolaboratoryjna pracująca w układzie ciągłym (absorber-desorber) pozwalająca na usuwanie CO2 z gazu o przepływie nawet 5 m3/h jak i instalacja pilotowa o wydajności gazu wlotowego 100 m3/h.

Przykładowe publikacje zespołu z opisywanego tematu to:

  1. Krótki, L. Więcław Solny, M. Stec, T. Spietz, A. Wilk, T. Chwoła, K. Jastrząb, Experimental results of advanced technological modifications for a CO2 capture process using amine scrubbing, International Journal of Greenhouse Gas Control, Volume 96, 2020, https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2020.103014.
  2. Chwoła, T., T. Spietz, A. Tatarczuk, A. Krótki, and M. Stec, „Badania eksperymentalne absorbentów do pozyskiwania CO2 z gazów odlotowych w procesie Solvaya„, Przemysł Chemiczny, vol. 1, issue 6, pp. 165 – 170, 6/2018.
  3. Krótki, A., A. Tatarczuk, M. Stec, T. Spietz, L. Więcław-Solny, A. Wilk, and A. Cousins, „Experimental results of split flow process using AMP/PZ solution for post‐combustion CO2 capture”, Greenhouse Gases: Science and Technology, 01/2017.
  4. Wilk, A., L. Więcław-Solny, A. Tatarczuk, A. Krótki, T. Spietz, and T. Chwoła, „Solvent selection for CO2 capture from gases with high carbon dioxide concentration„, Korean Journal of Chemical Engineering, vol. 34, issue 8, pp. 2275-2283, 08/2017.
  5. Stec, M., A. Tatarczuk, L. Więcław-Solny, A. Krótki, T. Spietz, A. Wilk, and D. Śpiewak, „Demonstration of a post-combustion carbon capture pilot plant using amine-based solvents at the Łaziska Power Plant in Poland”, Clean Technologies and Environmental Policy, vol. 18, issue 1, pp. 151-160, 2015.
  6. Tatarczuk, K. Jastrząb, A. Krótki, M. Stec, L. Więcław -Solny, A. Wilk, S. Szajkowska-Kobus, D. Żórawski, K. Skowron, Ł. Kiedzik, Zastosowanie wychwytu ditlenku węgla w procesie produkcji sody Przemysł Chemiczny 96/7, 2017, DOI. 10.15199/62.2017.7.26

 



Autor: Tomasz Spietz
Zakład Transformacji Energetycznej
kontakt: tspietz@ichpw.pl  |  tel.: 32 621 64 31